#define _CRT_SECURE_NO_WARNINGS 1

#include "Sort.h"

void PrintArray(int* a, int n)
{
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		printf("%d ", a[i]);
	}

	printf("\n");
}

//时间复杂度 O(N^2)
//最坏情况：逆序
//最好情况：顺序有序或者接近有序 O(N)
void InsertSort(int* a, int n)
{
	for (int i = 0; i < n - 1; i++)
	{
		// [0, end] end + 1
		int end = i;
		int tmp = a[end + 1];

		while (end >= 0)
		{
			if (tmp < a[end])
			{
				a[end + 1] = a[end];
				--end;
			}
			else
			{
				break;
			}
		}

		a[end + 1] = tmp;
	}
}


////预排序 -- 目标：接近有序  gap > 1
////插入排序 -- 目标：有序    gap == 1
////O(N^1.3)
//void ShellSort(int* a, int n)
//{
//	int gap = n;
//
//	while (gap > 1)
//	{
//		//gap /= 2;
//		gap = gap / 3 + 1;
//
//		//红色完了，再排绿色，再排紫色
//		for (int j = 0; j < gap; j++)
//		{
//			for (int i = j; i < n - gap; i += gap)
//			{
//				int end = i;
//				int tmp = a[end + gap];
//
//				while (end >= 0)
//				{
//					if (tmp < a[end])
//					{
//						a[end + gap] = a[end];
//						end -= gap;
//					}
//					else
//					{
//						break;
//					}
//				}
//
//				a[end + gap] = tmp;
//			}
//		}
//	}
//}



void ShellSort(int* a, int n)
{
	int gap = n;

	while (gap > 1)
	{
		//gap /= 2;
		gap = gap / 3 + 1;

		//gap组数据，交替完成分组插入排序
		for (int i = 0; i < n - gap; i++)
		{
			int end = i;
			int tmp = a[end + gap];

			while (end >= 0)
			{
				if (tmp < a[end])
				{
					a[end + gap] = a[end];
					end -= gap;
				}
				else
				{
					break;
				}
			}

			a[end + gap] = tmp;
		}
	}
}


void Swap(int* p1, int* p2)
{
	int tmp = *p1;
	*p1 = *p2;
	*p2 = tmp;
}

//时间复杂度 O(N^2)
//最好情况：顺序有序或者接近有序 O(N)
void BubbleSort(int* a, int n)
{
	for (int j = 0; j < n - 1; j++)
	{
		int exchange = 0;

		for (int i = 1; i < n - j; i++)
		{
			if (a[i - 1] > a[i])
			{
				Swap(&a[i - 1], &a[i]);
				exchange = 1;
			}
		}

		if (0 == exchange)
		{
			break;
		}
	}
}


void AdjustDown(int* a, int n, int parent)
{
	int child = parent * 2 + 1;

	while (child < n)
	{
		//假设法，选出左右孩子中小的那个孩子
		if (child + 1 < n && a[child + 1] > a[child])
		{
			++child;
		}

		if (a[child] > a[parent])
		{
			Swap(&a[child], &a[parent]);
			parent = child;
			child = parent * 2 + 1;
		}
		else
		{
			break;
		}
	}
}

//升序，建大堆还是小堆呢？大堆
//O(N * logN)
void HeapSort(int* a, int n)
{
	//a数组直接建堆 O(N)
	for (int i = (n - 1 - 1) / 2; i >= 0; --i)
	{
		AdjustDown(a, n, i);
	}

	//O(N * logN)
	int end = n - 1;

	while (end > 0)
	{
		Swap(&a[0], &a[end]);
		AdjustDown(a, end, 0);
		--end;
	}
}


void SelectSort(int* a, int n)
{
	int begin = 0, end = n - 1;

	while (begin < end)
	{
		//选出最小值和最大值的位置
		int mini = begin, maxi = begin;

		for (int i = begin + 1; i <= end; i++)
		{
			if (a[i] < a[mini])
			{
				mini = i;
			}

			if (a[i] > a[maxi])
			{
				maxi = i;
			}
		}

		Swap(&a[begin], &a[mini]);

		//解决maxi和begin重叠的问题
		if (maxi == begin)
		{
			maxi = mini;
		}

		Swap(&a[end], &a[maxi]);
		++begin;
		--end;
	}
}


//时间复杂度：O(N^2)
//什么情况快排最坏：有序/接近有序
//但是一般情况下不会出现最坏情况，所以一般情况下的时间复杂度为O(N*logN)
//void QuickSort(int* a, int left, int right)
//{
//	//区间只有一个值或者不存在就是最小子问题
//	if (left >= right)
//	{
//		return;
//	}
//
//	int begin = left, end = right;
//	int keyi = left;
//
//	while (left < right)
//	{
//		// right先走，找小
//		// = 是为了避免左右两边的值都和key相等，导致死循环
//		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
//		{
//			--right;
//		}
//
//		//left再走，找大
//		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
//		{
//			++left;
//		}
//
//		Swap(&a[left], &a[right]);
//	}
//
//	Swap(&a[left], &a[keyi]);
//	keyi = left;
//
//	//[begin, keyi - 1]keyi[keyi + 1, end]
//	QuickSort(a, begin, keyi - 1);
//	QuickSort(a, keyi + 1, end);
//}



//void QuickSort(int* a, int left, int right)
//{
//	//区间只有一个值或者不存在就是最小子问题
//	if (left >= right)
//	{
//		return;
//	}
//
//	int begin = left, end = right;
//	int keyi = left;
//
//	while (left < right)
//	{
//		// right先走，找大
//		// = 是为了避免左右两边的值都和key相等，导致死循环
//		while (left < right && a[right] <= a[keyi])
//		{
//			--right;
//		}
//
//		//left再走，找小
//		while (left < right && a[left] >= a[keyi])
//		{
//			++left;
//		}
//
//		Swap(&a[left], &a[right]);
//	}
//
//	Swap(&a[left], &a[keyi]);
//	keyi = left;
//
//	//[begin, keyi - 1]keyi[keyi + 1, end]
//	QuickSort(a, begin, keyi - 1);
//	QuickSort(a, keyi + 1, end);
//}



//void QuickSort(int* a, int left, int right)
//{
//	//区间只有一个值或者不存在就是最小子问题
//	if (left >= right)
//	{
//		return;
//	}
//
//	int begin = left, end = right;
//	
//	//选区间中的随机数做key
//	int randi = rand() % (right - left + 1);
//	randi += left;
//	Swap(&a[left], &a[randi]);
//	
//	int keyi = left;
//
//	while (left < right)
//	{
//		// right先走，找小
//		// = 是为了避免左右两边的值都和key相等，导致死循环
//		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
//		{
//			--right;
//		}
//
//		//left再走，找大
//		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
//		{
//			++left;
//		}
//
//		Swap(&a[left], &a[right]);
//	}
//
//	Swap(&a[left], &a[keyi]);
//	keyi = left;
//
//	//[begin, keyi - 1]keyi[keyi + 1, end]
//	QuickSort(a, begin, keyi - 1);
//	QuickSort(a, keyi + 1, end);
//}


//三数取中 left mid right
//大小居中的值，也就是不是最大也不是最小的
//int GetMidi(int* a, int left, int right)
//{
//	int mid = (left + right) / 2;
//	
//	if (a[left] < a[mid])
//	{
//		if (a[mid] < a[right])
//		{
//			return mid;
//		}
//		else if (a[left] > a[right])
//		{
//			return left;
//		}
//		else
//		{
//			return right;
//		}
//	}
//	else
//	{
//		if (a[mid] > a[right])
//		{
//			return mid;
//		}
//		else if (a[left] < a[right])
//		{
//			return left;
//		}
//		else
//		{
//			return right;
//		}
//	}
//}
//
//void QuickSort(int* a, int left, int right)
//{
//	//区间只有一个值或者不存在就是最小子问题
//	if (left >= right)
//	{
//		return;
//	}
//
//	int begin = left, end = right;
//
//	//三数取中
//	int midi = GetMidi(a, left, right);
//	Swap(&a[left], &a[midi]);
//
//	int keyi = left;
//
//	while (left < right)
//	{
//		// right先走，找小
//		// = 是为了避免左右两边的值都和key相等，导致死循环
//		while (left < right && a[right] >= a[keyi])
//		{
//			--right;
//		}
//
//		//left再走，找大
//		while (left < right && a[left] <= a[keyi])
//		{
//			++left;
//		}
//
//		Swap(&a[left], &a[right]);
//	}
//
//	Swap(&a[left], &a[keyi]);
//	keyi = left;
//
//	//[begin, keyi - 1]keyi[keyi + 1, end]
//	QuickSort(a, begin, keyi - 1);
//	QuickSort(a, keyi + 1, end);
//}



//int GetMidi(int* a, int left, int right)
//{
//	int mid = (left + right) / 2;
//
//	if (a[left] < a[mid])
//	{
//		if (a[mid] < a[right])
//		{
//			return mid;
//		}
//		else if (a[left] > a[right])
//		{
//			return left;
//		}
//		else
//		{
//			return right;
//		}
//	}
//	else
//	{
//		if (a[mid] > a[right])
//		{
//			return mid;
//		}
//		else if (a[left] < a[right])
//		{
//			return left;
//		}
//		else
//		{
//			return right;
//		}
//	}
//}
//
//void QuickSort(int* a, int left, int right)
//{
//	//小区间选择走插入，可以减少90%左右的递归
//	if (right - left + 1 < 10)
//	{
//		InsertSort(a + left, right - left + 1);
//	}
//	else
//	{
//		int begin = left, end = right;
//
//		//三数取中
//		int midi = GetMidi(a, left, right);
//		Swap(&a[left], &a[midi]);
//
//		int keyi = left;
//
//		while (left < right)
//		{
//			// right先走，找小
//			// = 是为了避免左右两边的值都和key相等，导致死循环
//			while (left < right && a[right] >= a[keyi])
//			{
//				--right;
//			}
//
//			//left再走，找大
//			while (left < right && a[left] <= a[keyi])
//			{
//				++left;
//			}
//
//			Swap(&a[left], &a[right]);
//		}
//
//		Swap(&a[left], &a[keyi]);
//		keyi = left;
//
//		//[begin, keyi - 1]keyi[keyi + 1, end]
//		QuickSort(a, begin, keyi - 1);
//		QuickSort(a, keyi + 1, end);
//	}
//}


//void QuickSort(int* a, int left, int right)
//{
//	if (left >= right)
//	{
//		return;
//	}
//
//		int keyi = left;
//		int prev = left;
//		int cur = left + 1;
//
//		while (cur <= right)
//		{
//			if (a[cur] < a[keyi] && ++prev != cur)
//			{
//				Swap(&a[prev], &a[cur]);
//			}
//
//			cur++;
//		}
//
//		Swap(&a[keyi], &a[prev]);
//		keyi = prev;
//
//		//[begin, keyi - 1]keyi[keyi + 1, end]
//		QuickSort(a, left, keyi - 1);
//		QuickSort(a, keyi + 1, right);
//}

#include "Stack.h"

//递归->非递归
void QuickSort(int* a, int left, int right)
{
	ST st;
	STInit(&st);
	STPush(&st, right);
	STPush(&st, left);

	while (!STEmpty(&st))
	{
		int begin = STTop(&st);
		STPop(&st);

		int end = STTop(&st);
		STPop(&st);

		//单趟
		int keyi = begin;
		int prev = begin;
		int cur = begin + 1;

		while (cur <= end)
		{
			if (a[cur] < a[keyi] && ++prev != cur)
			{
				Swap(&a[prev], &a[cur]);
			}

			cur++;
		}

		Swap(&a[keyi], &a[prev]);
		keyi = prev;

		//[begin, keyi - 1] keyi [keyi + 1, end]
		if (keyi + 1 < end)
		{
			STPush(&st, end);
			STPush(&st, keyi + 1);
		}

		if (begin < keyi - 1)
		{
			STPush(&st, keyi - 1);
			STPush(&st, begin);
		}
	}

	STDestroy(&st);
}


//void _MergeSort(int* a, int begin, int end, int* tmp)
//{
//	if (begin == end)
//	{
//		return;
//	}
//
//	int mid = (begin + end) / 2;
//	// [begin, mid] [mid + 1, end]
//	_MergeSort(a, begin, mid, tmp);
//	_MergeSort(a, mid + 1, end, tmp);
//
//	//归并
//	int begin1 = begin, end1 = mid;
//	int begin2 = mid + 1, end2 = end;
//	int i = begin;
//
//	//依次比较，取小的尾插tmp数组
//	while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
//	{
//		if (a[begin1] < a[begin2])
//		{
//			tmp[i++] = a[begin1++];
//		}
//		else
//		{
//			tmp[i++] = a[begin2++];
//		}
//	}
//
//	while (begin1 <= end1)
//	{
//		tmp[i++] = a[begin1++];
//	}
//
//	while (begin2 <= end2)
//	{
//		tmp[i++] = a[begin2++];
//	}
//
//	memcpy(a + begin, tmp + begin, sizeof(int) * (end - begin + 1));
//}
//
//void MergeSort(int* a, int n)
//{
//	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);
//
//	if (NULL == tmp)
//	{
//		perror("malloc fail");
//		return;
//	}
//
//	_MergeSort(a, 0, n - 1, tmp);
//
//	free(tmp);
//	tmp = NULL;
//}


void MergeSort(int* a, int n)
{
	int* tmp = (int*)malloc(sizeof(int) * n);

	if (NULL == tmp)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	int gap = 1;
	
	while (gap < n)
	{
		for (int j = 0; j < n; j += 2 * gap)
		{
			int begin1 = j, end1 = begin1 + gap - 1;
			int begin2 = begin1 + gap, end2 = begin2 + gap - 1;
			
			//越界问题的处理
			if (end1 >= n || begin2 >= n)
			{
				break;
			}

			if (end2 >= n)
			{
				end2 = n - 1;
			}

			int i = j;

			//依次比较，取小的尾插tmp数组
			while (begin1 <= end1 && begin2 <= end2)
			{
				if (a[begin1] < a[begin2])
				{
					tmp[i++] = a[begin1++];
				}
				else
				{
					tmp[i++] = a[begin2++];
				}
			}

			while (begin1 <= end1)
			{
				tmp[i++] = a[begin1++];
			}

			while (begin2 <= end2)
			{
				tmp[i++] = a[begin2++];
			}

			memcpy(a + j, tmp + j, sizeof(int) * (end2 - j + 1));
		}

		gap *= 2;
	}


	free(tmp);
	tmp = NULL;
}

//空间复杂度：O(N+range)
//时间复杂度：O(range)
void CountSort(int* a, int n)
{
	int min = a[0], max = a[0];

	for (int i = 1; i < n; i++)
	{
		if (a[i] > max)
		{
			max = a[i];
		}

		if (a[i] < min)
		{
			min = a[i];
		}
	}

	int range = max - min + 1;
	int* count = (int*)malloc(sizeof(int) * range);

	if (NULL == count)
	{
		perror("malloc fail");
		return;
	}

	memset(count, 0, sizeof(int) * range);

	//统计次数
	for (int i = 0; i < n; i++)
	{
		count[a[i] - min]++;
	}

	//排序
	int j = 0;

	for (int i = 0; i < range; i++)
	{
		while (count[i]--)
		{
			a[j++] = i + min;
		}
	}

	free(count);
	count = NULL;
}